Unificação e benchmarking Técnicas de mitigação de erros quânticos de última geração

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Daniel Bultrini^1,2,Max HunterGordon³, Piotr Czarnik^1,4, André Arasmith^1,5, M. Cerezo^6,5, Patrick J. Coles^1,5, e Lukasz Cincio^1,5

¹Divisão Teórica, Laboratório Nacional de Los Alamos, Los Alamos, NM 87545, EUA
²Theoretische Chemie, Physikalisch-Chemisches Institut, Universität Heidelberg, INF 229, D-69120 Heidelberg, Alemanha
³Instituto de Física Teórica, UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid, Madrid, Espanha
⁴Instituto de Física Teórica, Universidade Jagiellonian, Cracóvia, Polônia.
⁵Centro de Ciência Quântica, Oak Ridge, TN 37931, EUA
⁶Ciências da Informação, Laboratório Nacional de Los Alamos, Los Alamos, NM 87545, EUA

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Sumário

A mitigação de erros é um componente essencial para alcançar uma vantagem quântica prática no curto prazo, e várias abordagens diferentes foram propostas. Neste trabalho, reconhecemos que muitos métodos de mitigação de erros de última geração compartilham uma característica comum: são orientados a dados, empregando dados clássicos obtidos de execuções de diferentes circuitos quânticos. Por exemplo, a extrapolação de ruído zero (ZNE) usa dados de ruído variável e a regressão de dados de Clifford (CDR) usa dados de circuitos próximos a Clifford. Mostramos que a Destilação Virtual (VD) pode ser vista de maneira semelhante considerando dados clássicos produzidos a partir de diferentes números de preparações de estado. A observação desse fato nos permite unificar esses três métodos em uma estrutura geral de mitigação de erros baseada em dados que chamamos de UNIFIED Technique for Error Mitigation with Data (UNITED). Em certas situações, descobrimos que nosso método UNITED pode superar os métodos individuais (ou seja, o todo é melhor do que as partes individuais). Especificamente, empregamos um modelo de ruído realista obtido de um computador quântico de íons presos para comparar o UNITED, bem como outros métodos de ponta, na mitigação de observáveis produzidos a partir de circuitos quânticos aleatórios e o Quantum Alternating Operator Ansatz (QAOA) aplicado para problemas Max-Cut com vários números de qubits, profundidades de circuito e números totais de tiros. Descobrimos que o desempenho de diferentes técnicas depende fortemente dos orçamentos de tiro, com métodos mais poderosos exigindo mais tiros para um desempenho ideal. Para nosso maior orçamento de tiro considerado ($ 10^{10}$), descobrimos que o UNITED fornece a mitigação mais precisa. Portanto, nosso trabalho representa um benchmarking dos métodos atuais de mitigação de erros e fornece um guia para os regimes em que determinados métodos são mais úteis.

Imagem em destaque: Resumo esquemático da Técnica UNificada para Mitigação de Erros com Dados.

Resumo popular

Os computadores quânticos atuais enfrentam erros que representam desafios para superar o desempenho dos melhores computadores clássicos. Para aproveitar totalmente o potencial dos dispositivos quânticos, é crucial corrigir esses efeitos prejudiciais. Métodos de mitigação de erro são empregados para resolver esse problema. Entre esses métodos, a mitigação de erros baseada em dados se destaca como uma abordagem promissora, envolvendo pós-processamento clássico de resultados de medições quânticas para retificar efeitos induzidos por ruído. Vários tipos de dados foram utilizados neste contexto, incluindo escala de intensidade de ruído por meio de Extrapolação de Ruído Zero (ZNE), dados de circuitos próximos a Clifford utilizados por regressão de dados de Clifford (CDR) e dados obtidos por Destilação Virtual (VD) preparando múltiplas cópias de um estado quântico. Para unificar essas abordagens, propomos a Técnica Unificada para Mitigação de Erros com Dados (UNITED), que integra todos esses tipos de dados. Além disso, demonstramos que o método unificado supera os componentes individuais quando recursos quânticos suficientes estão disponíveis, empregando um modelo de ruído realista de um computador quântico de íons presos e dois tipos diferentes de circuitos quânticos com diferentes contagens e profundidades de qubit. Por fim, identificamos as condições mais favoráveis para diferentes métodos de mitigação de erros baseados em dados.

► dados BibTeX

@article{Bultrini2023unifying, doi = {10.22331/q-2023-06-06-1034}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-06-06-1034}, title = {Unificando e comparando técnicas de mitigação de erro quântico de última geração}, autor = {Bultrini, Daniel e Gordon, Max Hunter e Czarnik, Piotr e Arrasmith, Andrew e Cerezo, M. e Coles, Patrick J. e Cincio, Lukasz}, periódico = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, editor = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, páginas = {1034 }, mês = jun, ano = {2023} }

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Citado por

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As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-06-06 22:08:53). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

On Serviço citado por Crossref nenhum dado sobre a citação de trabalhos foi encontrado (última tentativa 2023-06-06 22:08:51).

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Fonte: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-06-06-1034/

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